第10部分创建功能更强的类型.ppt
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1、第10章 创建功能更强的类型,从面向过程到面向对象 类的定义 对象的使用 对象的构造与析构 常量对象与const成员函数 常量数据成员 静态数据成员与静态成员函数 友元,从面向过程到面向对象,抽象的过程 面向对象的程序设计的特点 库和类,抽象的过程,计算机的工作是建立在抽象的基础上。 机器语言和汇编语言是对机器硬件的抽象 高级语言是对汇编语言和机器语言的抽象 现有抽象的问题: 要求程序员按计算机的结构去思考,而不是按要解决的问题的结构去思考。 当程序员要解决一个问题时,必须要在机器模型和实际要解决的问题模型之间建立联系。 而计算机的结构本质上还是为了支持计算,当要解决一些非计算问题时,这个联系
2、的建立是很困难的,面向对象的程序设计,为程序员提供了创建工具的功能 解决一个问题时 程序员首先考虑的是需要哪些工具 创建这些工具 用这些工具解决问题 工具就是所谓的对象 现有的高级语言提供的工具都是数值计算的工具,过程化vs面向对象,过程化的设计方法:从功能和过程着手 输入圆的半径或直径 利用S=r2和C=2r计算面积和周长 输出计算结果 面向对象的程序设计方法: 需要什么工具。如果计算机能提供给我们一个称为圆的工具,它可以以某种方式保存一个圆,告诉我们有关这个圆的一些特性,如它的半径、直径、面积和周长。 定义一个圆类型的变量,以他提供的方式将一个圆保存在该变量中,然后让这个变量告诉我们这个圆
3、的面积和周长是多少,以计算圆的面积和周长的问题为例,从面向过程到面向对象,抽象的过程 面向对象的程序设计的特点 库和类,面向对象的程序设计的特点,代码重用:圆类型也可以被那些也需要处理圆的其他程序员使用 实现隐藏: 类的创建者创造新的工具 类的使用者则收集已有的工具快速解决所需解决的问题 这些工具是如何实现的,类的使用者不需要知道,面向对象的程序设计的特点,继承:在已有工具的基础上加以扩展,形成一个功能更强的工具。如在学校管理系统中,可以形成如下的继承关系,面向对象的程序设计的特点,多态性: 当处理层次结构的类型时,程序员往往想把各个层次的对象都看成是基类成员。 如需要对教师进行考核,不必管他
4、是什么职称,只要向所有教师发一个考核指令。每位教师自会按照自己的类型作出相应的处理。如高级职称的教师会按高级职称的标准进行考核,初级职称的教师会按初级职称的标准进行考核。 好处:程序代码就可以不受新增类型的影响。如增加一个院士的类型,它也是教师类的一个子类,整个程序不用修改,但功能得到了扩展。,从面向过程到面向对象,抽象的过程 面向对象的程序设计的特点 库和类,库和类,类是更合理的库 例:设计一个库,提供动态实型数组服务,该数组满足两个要求: 可以任意指定下标范围; 下标范围可在运行时确定; 使用下标变量时会检查下标的越界。,库的设计,数组的保存 数组需要一块保存数组元素的空间。这块空间需要在
5、执行时动态分配。 数组的下标可以由用户指定范围。因此,对每个数组还需要保存下标的上下界。 保存这个数组的三个部分是一个有机的整体,因此可以用一个结构体把它们封装在一起。 数组操作 给数组分配空间 给数组元素赋值 取某一个数组元素的值 由于这个数组的存储空间是动态分配的,因此,还必须有一个函数去释放空间,Array库的头文件,#ifndef _array_h #define _array_h /可指定下标范围的数组的存储 struct DoubleArray int low; int high; double *storage; ;,/根据low和high为数组分配空间 bool initial
6、ize(DoubleArray #endif,Array库的实现文件,#include “array.h“ #include using namespace std; bool initialize(DoubleArray ,bool insert(const DoubleArray ,Array库的应用,#include using namespace std; #include “array.h“ int main() DoubleArray array; double value; int low, high, i; cout low high; if (!initialize(arra
7、y, low, high) cout “空间分配失败“ ; return 1; ,for (i = low; i value; insert(array, i, value); while (true) cout i; if (i = 0) break; if (fatch(array, i, value) cout value endl; else cout “下标越界n“; cleanup(array); return 0; ,Array库的问题,这个数组的使用相当笨拙。每次调用和数组有关的函数时,都要传递一个结构体给它。 我们可能在一个程序中用到很多库,每个库都可能需要做初始化和清除工作
8、。库的设计者都可能觉得initialize和cleanup是比较合适的名字,因而都写了这两个函数。 系统内置的数组在数组定义时就指定了元素个数,系统自动会根据元素个数为数组准备存储空间。而我们这个数组的下标范围要用initialize函数来指定,比内置数组多了一个操作。 当数组使用结束后,还需要库的用户显式地归还空间。 对数组元素的操作不能直接用下标变量的形式表示。,Array库的改进,将函数放入结构体 好处: 函数原型中的第一个参数不再需要。编译器自然知道函数体中涉及到的low, high和storage是同一结构体变量中的成员 函数名冲突的问题也得到了解决。现在函数名是从属于某一结构体,从
9、属于不同结构体的同名函数是不会冲突的。,改进后的Array库的头文件,#ifndef _array_h #define _array_h struct DoubleArray int low; int high; double *storage; bool initialize(int lh, int rh); bool insert(int index, double value); bool fatch(int index, double #endif,函数都瘦身了!,改进后的Array库的实现文件,与原来的实现有一个变化:函数名前要加限定,bool IntArray:initialize
10、(int lh, int rh) low = lh; high = rh; storage = new double high - low + 1; if (storage = NULL) return false; else return true; ,改进后的Array库的应用,函数的调用方法不同。就如引用结构体的成员一样,要用点运算符引用这些函数,#include using namespace std; #include “array.h“ int main() DoubleArray array; double value; int low, high, i; cout low hi
11、gh; if (!array.initialize(low, high) cout “空间分配失败“ ; return 1;,for (i = low; i value; array.insert(i, value); while (true) /数组元素的查找 cout i; if (i = 0) break; if (array.fatch(i, value) cout value endl; else cout “下标越界n“; array.cleanup(); return 0; ,将函数放入结构体的意义,将函数放入结构体是从C到C+的根本改变 在C中,结构体只是将一组相关的数据捆绑了
12、起来,它除了使程序逻辑更加清晰之外,对解决问题没有任何帮助。 将处理这组数据的函数也加入到结构体中,结构体就有了全新的功能。它既能描述属性,也能描述对属性的操作。事实上,它就成为了和内置类型一样的一种全新的数据类型。 为了表示这是一种全新的概念,C+用了一个新的名称 类来表示。,第10章 创建功能更强的类型,从面向过程到面向对象 类的定义 对象的使用 对象的构造与析构 常量对象与const成员函数 常量数据成员 静态数据成员与静态成员函数 友元,类定义的一般格式,class 类名 private: 私有数据成员和成员函数 public: 公有数据成员和成员函数 ;,公有和私有成员,私有成员(p
13、rivate):只能由类的成员函数调用 公有成员(public):类的用户可以调用的信息,是类对外的接口 私有成员被封装在一个类中,类的用户是看不见的,DoubleArray类的定义,class DoubleArray private: int low; int high; double *storage; public: bool initialize(int lh, int rh); bool insert(int index, double value); bool fatch(int index, double ,类定义说明,private 和public的出现次序可以是任意的。也可以
14、反复出现多次。 成员还可以被说明为protected 数据成员一般说明为private,需要被用户调用的函数说明为public,接口和实现分开,与库设计一样,类的定义写在接口文件中,成员函数的实现写在实现文件中。 某些简单的成员函数的定义可以直接写在类定义中。 在类定义中定义的成员函数被认为是内联函数。,类定义实例,试定义一个有理数类,该类能提供有理数的加和乘运算。要求保存的有理数是最简形式。如2/6应记录为1/3。,设计考虑,保存有理数:保存一个有理数就是保存两个整数。 有理数类的操作: 加函数 乘函数 创建有理数的函数,用以设置有理数的分子和分母 输出有理数函数 化简函数 访问权限设计:
15、数据成员是私有的 化简函数是内部调用的函数,与用户无关,因此也是私有的 其他函数都是公有的,#ifndef _rational_h #define _rational_h #include using namespace std; class Rational private: int num; int den; void ReductFraction(); /将有理数化简成最简形式 public: void create(int n, int d) num = n; den = d; void add(const Rational #endif,有理数类的定义,有理数类的实现,#includ
16、e “Rational.h“ /add函数将r1和r2相加,结果存于当前对象 void Rational:add(const Rational ,void Rational:multi(const Rational ,第10章 创建功能更强的类型,从面向过程到面向对象 类的定义 对象的使用 对象的构造与析构 常量对象与const成员函数 常量数据成员 静态数据成员与静态成员函数 友元,对象的定义,类与对象的关系:类型与变量的关系 对象定义方法: 直接在程序中定义某个类的对象 存储类别 类名 对象列表; 如定义两个IntArray类的对象arr1和arr2,可写成:IntArray arr1,
17、arr2; 用动态内存申请的方法申请一个动态对象。 Rational *rp; Rp = new Rational; rp = new Rational20; delete Rp;或 delete rp;,对象的引用,对象名.数据成员名 或 对象指针-数据成员名 arr1.storage 或 rp-num 对象名.成员函数名(实际参数表) 或对象指针-成员函数名(实际参数表) arr1.insert() 或 rp-add() 外部函数不能引用对象的私有成员,有理数类的使用,#include using namespace std; #include “Rational.h“ /使用有理数类 i
18、nt main() int n, d; Rational r1, r2, r3; /定义三个有理数类的对象,计算两个有理数的和与积,cout n d; r1.create(n,d); cout n d; r2.create(n,d); r3.add(r1, r2); /执行r3=r1+r2 r1.display(); cout “ + “; r2.display(); cout “ = “; r3.display(); cout endl; r3.multi(r1, r2); /执行r3=r1*r2 r1.display(); cout “ * “; r2.display(); cout “
19、= “; r3.display(); cout endl; return 0; ,执行实例,请输入第一个有理数(分子和分母):1 6 请输入第二个有理数(分子和分母):1 6 1 / 6 + 1 / 6 = 1 / 3 1 / 6 1 / 6 = 1 / 36,对象赋值语句,同类型的对象之间可以互相赋值,如两个有理数对象r1和r2,可以执行 r1 = r2; 当一个对象赋值给另一个对象时,所有的数据成员都会逐位拷贝。上述赋值相当于执行 r1.num = r2.num r1.den = r2.den,this指针,当定义一个对象时,系统会为对象分配空间,用于存储对象的数据成员。而类中的成员函数对
20、该类的所有对象只有一份拷贝。那么对于类的成员函数,它如何知道要对哪个对象进行操作呢? 每个成员函数都有一个隐藏的指向本类型的指针形参this,它指向当前调用成员函数的对象 如对函数 void create(int n, int d) num = n; den = d; 经过编译后,实际函数为 void create(int n, int d) this-num = n; this-den = d;,this指针,通常,在写成员函数时可以省略this,编译时会自动加上它们。 如果在成员函数中要把对象作为整体来访问时,必须显式地使用this指针。这种情况常出现在函数中返回一个对调用函数的对象的引用
21、,,第10章 创建功能更强的类型,从面向过程到面向对象 类的定义 对象的使用 对象的构造与析构 常量对象与const成员函数 常量数据成员 静态数据成员与静态成员函数 友元,对象的构造与析构,某些类的对象,必须在对它进行了初始化以后才能使用。 对于某些类的对象在消亡前,往往也需要执行一些操作,做一些善后的处理。 初始化和扫尾的工作给类的用户带来了额外的负担,使他们觉得类和内置类型还是不一样。 用户希望使用类的对象就和使用内置类型的变量一样,一旦定义了,就能直接使用。用完了,由系统自动回收。,构造函数与析构函数,构造函数和析构函数是特殊的成员函数 构造函数:对数据成员进行初始化。 析构函数:执行
22、与构造函数相反的操作,通常执行一些清理工作,如释放分配给对象的动态空间等。,构造函数的特点,定义对象时,系统会自动调用构造函数。 构造函数的名字必须与类名相同 构造函数可以有任意类型的参数,也可以不带参数,但不能具有返回类型。因此在定义构造函数时,不能说明它的类型,甚至说明为void类型也不行。 如果没有给类定义构造函数,编译系统会自动生成一个缺省的构造函数。它只为对象开辟存储空间,空间中的内容为随机数。 构造函数可以重载,构造函数实例,如DoubleArray类需要有一个构造函数,该函数可定义为 DoubleArray(int lh, int rh) low = lh; high = rh;
23、 storage = new double high low + 1; 有了构造函数,就不需要initialize函数了。以在定义时有C+自动完成初始化工作。 定义对象时,须指定构造函数的实际参数 DoubleArray array(20, 30);,构造函数实例,Rational类不一定要有构造函数,但习惯上应改为每个类定义一个构造函数,以便在需要时对对象进行初始化 Rational类构造函数可定义为 Rational(int n1, int n2) num = n1; den = n2; ReductFraction(); 定义对象时,须指定构造函数的实际参数。例 Rational r(2
24、, 7);,构造函数的使用,有了构造函数后,对象定义的一般形式为: 类名 对象名(实际参数表); 其中,实际参数表必须和该类的某一个构造函数的形式参数表相对应。 除非这个类有一个构造函数是没有参数的,那么可以用: 类名 对象名; 不带参数的构造函数称为默认的构造函数。 一般每个类应该有一个缺省的构造函数,带缺省值的Rational类的构造函数,Rational(int n1 = 0, int n2 = 1) num = n1; den = n2; ReductFraction(); 表示缺省情况下,构造的是一个值为0的有理数。此时,定义 Rational r1(3,5), r2; 是正确的,动
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